Post on 17-Apr-2015
3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 1
Ciência da Computação – Redes de Computadores
3.1) A Arquitetura TCP/IP É um conjunto de protocolos padronizados, surgidos na década de 70 e tinha a
missão básica de resolver a interligação entre redes distintas. Patrocinados
inicialmente pela DARPA (Defense Advanced Research Project Agency), órgão
americano pertencente ao DOD (Departament Of Defense) dos E.U.A.; Em 1969 foi criada a ARPANET, com a finalidade de interligar institutos de pesquisa
e órgãos do governo americano espalhados pelo país, com características
computacionais diferentes; Em 1983 estes protocolos foram adotados como padrão militar. Criou-se a MILNET,
utilizada para comunicações militares não-classificadas, ficando a ARPANET uma rede
menor, utilizada para pesquisas futuras. A MILNET e a ARPANET juntas ficaram
conhecidas como arquitetura INTERNET; O investimento de milhões de dólares para o
aperfeiçoamento destes protocolos, com
difusão mundial e 20 anos de uso, justificam
a utilização atual para a “Comunicação Global”
através da INTERNET.
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3.1) A Arquitetura TCP/IP (cont)
A arquitetura INTERNET TCP/IP dá uma ênfase especial à interligação de redes com tecnologias
diferentes, formando a chamada inter-rede; Todos seus protocolos são documentados através de uma especificação chamada de RFC
(Request for Comments). As RFC´s são geradas, analisadas, criticadas e são geradas novas
sugestões de melhorias e então, após testes de estabilidade, o protocolo é transformado em
padrão por um comitê chamado IAB (Internet Activity Board) e a RFC é publicada com o status de
Internet Standard;
Rede 3
Rede 1
Rede 4
Rede 2
Rede 5
G G
G
G
G
G
Inter-rede
G – Internet Gateway ou Internet Router
G
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3.1) A Arquitetura TCP/IP (cont)
A arquitetura INTERNET TCP/IP dá uma ênfase especial à interligação de redes com tecnologias
diferentes, formando a chamada inter-rede; Todos seus protocolos são documentados através de uma especificação chamada de RFC
(Request for Comments). As RFC´s são geradas, analisadas, criticadas e são geradas novas
sugestões de melhorias e então, após testes de estabilidade, o protocolo é transformado em
padrão por um comitê chamado IAB (Internet Activity Board) e a RFC é publicada com o status de
Internet Standard;
Rede 3
Rede 1
Rede 4
Rede 2
Rede 5
G G
G
G
G
G
Inter-rede
G – Internet Gateway ou Internet Router
G
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3.1.1) As camadas da Arquitetura TCP/IP (cont)Aplicação
Suporta as aplicações de rede aos usuários. Protocolos: FTP, SMTP,
TELNET;
Transporte
Oferece serviços de transferência de dados entre cliente e servidor
de uma determinada aplicação, utilizando segmentos de informações.
Protocolos: TCP, UDP;
Rede
Efetua o roteamento de datagramas de uma máquina para a outra,
da origem ao destino. Protocolos: IP;
Enlace
Faz a transferência de dados entre elementos vizinhos da rede,
gerenciando o acesso ao meio de transmissão. Protocolos: PPP,
Ethernet;
Física
Viabiliza a transmissão dos bits trocados (quadros) entre elementos
de rede adjacentes, através de sinais elétricos, ópticos ou
eletromagnéticos adequados aos canais de transmissão utilizados.
Rede*
Enlace
Física
Transporte
Modelo TCP/IP
Aplicação
**
(*) Alguns autores denominam Camada Inter-rede
(**) Alguns autores denominam as camadas de Enlace/Física como Intra-rede
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Rede
Enlace
Física
Sessão
Transporte
Modelo OSI
Aplicação
Apresentação
3.1.2) Comparação entre o modelo OSI e a Arquitetura TCP/IP
Rede*
Enlace
Física
Transporte
Arquitetura Internet TCP/IP
Aplicação
(*) Alguns autores denominam Camada Inter-rede
(**) Alguns autores denominam as camadas de Enlace/Física como Intra-rede
**
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3.1.3) Os Protocolos da arquitetura TCP/IPOs serviços oferecidos pela arquitetura TCP/IP estão bem definidos principalmente
através da caracterização das camadas de Transporte e Rede (ou Inter-Rede). Os
principais protocolos que operam nestas camadas são: TCP (Transmission Control Protocol):
. Opera na camada de Transporte e oferece este serviço orientado à conexão
(confiável);
. Trabalha em modo full-duplex e desempenha suas funções estabelecendo um
circuito virtual na rede; UDP (User Datagram Protocol):
. Opera na camada de Transporte, porém com um serviço não orientado à conexão
(não confiável);
. Extremamente simples, ágil e rápido, oferecendo transporte através do envio de
datagramas pela rede; IP (Internet Protocol):
. Opera na camada de Rede (ou Inter-Redes) e não é orientado à conexão (não
confiável);
. Serviço de entrega não confiável de datagramas;
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Protocolos TCP/IP
IP
TCP, UDP
Ethernet, Token-Ring, FDDI, Wireless, ATM
T ELNET
FTP
SMTP
Rede
Enlace
Físico
Sessão
Transporte
Modelo OSI
Aplicação
Apresentação
Rede
Enlace
Física
Transporte
Arquitetura TCP/IP
Aplicação
3.1.3) Os Protocolos da arquitetura TCP/IP (cont)
TELNET – Terminal Remoto
FTP – File Transfer Protocol
SMTP – Single Mail Transfer Protocol
FDDI – Fiber Distributed Data Interface
ATM – Assynchronous Transfer Mode
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3.2) A Camada Física
Rede
Enlace
Físico
Apresentação
Sessão
Transporte
Aplicação
Quando do desenvolvimento do modelo RM/OSI, na época já existiam vários padrões
de transmissão utilizados pelos sistemas de comunicação (entre eles o RS232 e o V.35),
os quais foram incorporados nas interfaces RM/OSI;
Assim, os principais serviços a serem prestados pelo nível físico seriam: Estabelecimento e encerramento de conexões entre duas ou mais entidades
do nível físico; Efetuar a transferência de dados, onde a unidade de serviço de dados (SDU) no nível físico é o bit; Manter a ordem de transmissão dos bits durante a transmissão (seqüencialização); Notificar a ocorrência de falhas detectadas durante a transmissão;
NívelFísico
Entidade do
nível físico
Entidade do
nível físico
Entidade Transmissora
MeioFísico
Entidade do
nível físico
Entidade ReceptoraEntidade Repetidora
Pontos de acesso ao
serviço do meio físico
Circuitos de Transmissão de dados
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3.2.1) Aplicações da camada física
Rede
Enlace
Físico
Apresentação
Sessão
Transporte
Aplicação
MUXMUX
Linha Dedicada
Canais multiplexados
Host
Host
Host
Host
MUX - Multiplexador
Elemento de
Rede
Modem
Modem
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3.2.2) Modos de transmissão de bits
Quanto à forma de envio de bits:
Comunicação Paralela:
Um conjunto de bits (1 byte por exemplo) e enviado simultaneamente através de
várias linhas, onde todas são referenciadas a um terra comum;
Indicado para curtas distâncias (até 20m). Exemplo: conexão com impressoras;
Comunicação Serial:
Os bits são enviados em seqüência e individualmente através de uma linha composta
de um par de fios;
Utiliza a diferença de tensão entre fios como sinal para indicar os bits a serem
enviados;
Indicado para maiores distâncias . Exemplo: conexão computador modem;
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3.2.2) Modos de transmissão de bits (cont)
Quanto à temporização de caracteres:
Comunicação Síncrona:
O intervalo de tempo entre caracteres consecutivos é fixo e a cadência de transmissão
de cada bit é definida por sinal de sincronização (clock);
O sinal de sincronização (clock) pode ser enviado separadamente ou inserido no
próprio sinal de dados;
Comunicação Assíncrona:
Não existe um intervalo de tempo definido entre caracteres consecutivos
As informações são delimitadas por sinais de início e fim (start e stop bits), que
permitem sincronização a nível de bits;
Observação importante:
Tanto na Comunicação Síncrona como na Assíncrona é necessária sincronia a nível de
bits;
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Taxa de transmissão (bit rate)
É o número de bits transmitidos por segundo, expressa em bps (bits per second).
Exemplo: Transmissão de 256 bits em 125 s resulta em (256bits/125 s) = 2,048 Mbps;
Taxa de sinalização (baud rate)
É o número de intervalos de sinalização (mudanças de amplitude ou envio de símbolo) por segundo do sinal,
expressa em bauds. Exemplos:
. Se usarmos uma amplitude para 0 e outra para 1, então baudrate = bitrate (1 símbolo para 1 bit);
. Se utilizarmos um nível de amplitude para 2 bits (dibits) teremos:
+2 V para 00
+1 V para 01
-1 V para 10
-2 V para 11
Então baud-rate = bit-rate/2. (1 símbolo para dois bits)
. Assim para codificar n bits agrupados em um mesmo nível de amplitude, são necessários 2n amplitudes.
3.2.3) Taxas de transmissão de bits (Bit-rate) e símbolos (Baud-rate)
0001
1011
t
+2V
-2V
+1V
-1V
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Relação entre baud-rate e bit-rate:
n = número de bits representados por cada nível de tensão;
L = número de níveis de amplitude necessários = 2n
Portanto
bit-rate = (log2 L) . baud-rate
Exemplos:
Assim, um modem capaz de gerar apenas 9.600 intervalos de sinalização por segundo
(9.600 baud) poderá transmitir , por exemplo, 28.800 bps caso ele opere com tribits, ou
seja, 3 bits codificados em 8 níveis de tensão.
3.2.3) Taxas de transmissão de bits (Bit-rate) e símbolos (Baud-rate) cont
Baudrate n L Bitrate 9.600 Bauds 1 2 9.600 bps 9.600 Bauds 2 (dibit) 4 19.200 bps 9.600 Bauds 3 (tribit) 8 28.800 bps
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3.2.4) Transmissão em Baseband (Banda Base) e em BroadbBand
Banda Base(Sem modulação)
Broadband(Com modulação)
Amplitude
Fase
Freqüência
NRZ – Non Return to Zero
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3.2.5) Características da codificação em Baseband (Banda Base)
Normalmente em muitos padrões (como por exemplo o Ethernet) a codificação binária direta (0 Volts para
nível lógico 0 e 5 Volts para nível lógico 1) não é utilizada por problemas práticos ( por exemplo um ruído
induzido na linha poderá gerar um bit 1 na recepção). Assim, as informações digitais passam por uma
codificação antes da efetiva transmissão, a qual evita estes problemas de ambigüidade;
A transmissão serial de dados requer sincronização entre emissor e receptor, ou seja, é necessário que
receptor retire uma amostra do sinal recebido na mesma freqüência em que este foi gerado;
A freqüência do sinal define o “tempo de bit” (intervalo de sinalização)
A amostragem deve ocorrer aproximadamente. no meio do tempo bit
1
0
tempo de subida tempo de descida
tempo bit instante de amostragem
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3.2.5) Características da codificação em Baseband (Banda Base) (cont)
O sinal de sincronização pode ser enviado separadamente em relação ao sinal de dados mas tem
inconvenientes (custo);
Outra opção é inserir no próprio sinal de dados os sinais que geram a sincronização, que podem
ser de duas formas:
. Transições (ou bordas) no sinal de dados que são detectadas facilmente através de circuitos
eletrônicos;
. Conjuntos de bits específicos para este fim.
Exemplo: Codificação RZ (Returno to Zero)
+12V
-12V
0V
1 1 0 0 1
tempo bit
Borda positiva Borda negativa
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3.2.6) Os padrões para a Camada Física
Características X.21 (transmissão digital)
X.21 bis (transmissão analógica)
RS-232(até 20 Kbps)
V.35(acima de 20 Kbps)
Mecânicas ISO 4903 ISO 2110 ISO 2593
Elétricas V.11 (ou V.10) V.28 V.35
Funcionais X.21 V.24 V.24
Procedurais X.21 X.21 bis X.21 bis
Padrão Características mecânicas
RS232 (ISO 2110) Conector com 25 pinos (DB 25)
V.35 (ISO 2593) Conector com 34 pinos (V.35)
Os padrões para o nível físico utilizado no modelo OSI foram estabelecidos nas recomendações X.21
e X.21 bis referente aos aspectos procedurais, as quais foram complementadas pelas
recomendações X ou V do antigo CCITT no que diz respeito aos aspectos elétricos, mecânicos e
funcionais;